镁科普：小镁的奇幻旅行（二）

编者按：前言：纯镁在工程领域中的应用比较少。镁与一些金属元素如铝、锌、锰、锂、稀土等合金化后得到高强度轻质合金，可用作结构材料。它们不仅具有镁的各种特性，而且能大大改善镁的物理、化学和力学性能，扩大其应用领域。

#1

镁的合金化过程

——纯镁力学性能

小提示：纯镁的强度和硬度很低，不能直接用作结构材料。为了扩大镁的应用范围，需要对镁强化。

#2

镁的合金化过程

——镁合金力学性能

小提示：纯镁中加入AL、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金。镁合金作为目前密度最小的金属结构材料之一，广泛应用于航空航天工业、军工领域、3C领域。

#3

镁的合金化过程

——镁合金化流程

·液态镁与水发生剧烈反应，产生氧化镁（MgO)和氢气（H2）并释放大量的热，带来剧烈燃烧和飞溅危险。所以熔化镁/镁合金时，所有的工具均需要烘干（加热干燥）。

·液态镁/镁合金，与空气中的氧气（O2）、氮气（N2 ）和 二氧化碳（CO2）反应，产生MgO和Mg3N2 ， 即消耗了镁的量，又降低了镁合金的力学性能，所以需要通过添加覆盖剂的方式将镁液与空气隔绝。覆盖剂主要成分为氯化镁MgCl2和氯化钾KCl等氯盐的混合物。

·采用熔剂对镁合金液精炼，去除镁合金液中氧化夹渣（主要成分MgO）。熔剂的主要成分与覆盖剂相同，区别在于添加了密度较大的加重剂（氯化钡BaCl2），使得吸附MgO的熔剂与镁液容易分离。

·将经过熔剂精炼的镁合金液静置，使得悬浮在镁合金液中的吸附MgO的溶剂沉降至镁合金液底部，即需要从镁合金液中分分离的精炼渣。

·将成分合格、洁净的镁合金液浇注成商品化的镁合金锭，或者是直接用于后续的铸造成型、轧制成型等镁合金零件成型工序。

#4

镁合金主要成型工艺

工业镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金两大类。铸造镁合金分普通铸造镁合金和压力铸造（压铸）镁合金，变形镁合金分挤压、轧制、锻造等工艺。当前，镁合金压铸件和挤压型材是主要的镁合金产品，占比在95%以上。

镁合金成型-压铸

·压铸是压力铸造的简称，是一种将熔融合金液体引入压铸机的压室内，在压力驱动下以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固形成铸件的液态成型方法。压铸主要特点是高速充型和高压下凝固，是一种精密的铸造方法。压铸工艺的优势在于：铸件尺寸精度高、铸造密闭安全、节拍快生产效率高、原材料利用率高、模具寿命长、能源消耗量低、生产成本低，比较适用于非承载力的中小型零部件，特别适用于电脑、数码等薄壁复杂零部件加工制造；也可以生产复杂的大型和超大型铸件，但其模具投资相对较大。下图为镁合金压铸机：

镁合金压铸件应用在乘用车的方向盘骨架、仪表盘框架、座椅骨架、笔记本外壳等产品。

仪表盘框架、笔记本外壳、镁合金轮毂

·挤压是对放在容器（挤压筒）内的金属锭坯利用冲头或凸模从一端施加外力，强迫其从凹模中特定的模孔中产生塑性流动流出，获得相应于模具的型孔或凹凸模形状所设的断面形状和尺寸的制品的一种塑性成型方法。相对于镁合金铸件，由于经过挤压塑性变形加工，挤压材的晶粒组织得到细化，通过材料结构的控制、热处理工艺的应用，可获得更高的强度、更好的延展性和更多样化的力学性能，从而满足多样化工程结构件的应用需求。下图为镁合金挤压试验中试平台：

镁合金挤压型材应用在有轨电车的纵梁、格栅，地铁列车压线槽和高铁列车内饰侧板等。镁合金挤压型材镁合金挤压型材